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Genomic DNA의 FT-IR 스펙트럼을 이용한 복숭아 ‘유명’ 관련 품종의 유연관계 분석
송승엽(Seung-Yeob Song),이주현(Ju-Hyun Lee),황기동(Kidong Hwang),정남희(Namhee Jeong),최인명(In Myung Choi),권정현(Jung Hyun Kwon) 한국원예학회 2021 원예과학기술지 Vol.39 No.1
본 연구는 FT-IR 스펙트럼 데이터를 기반으로 다변량통계 기법을 이용하여 ‘유명’ 복숭아 자손 품종의 유전적 관계를 분석하였다. ‘유명’과 ‘치요마루’의 교배를 통해 육성된 4품종, ‘유명’ 품종의 자연교잡실생 2품종 그리고 아조변이 1품종을 사용하였다. Genomic DNA의 FT-IR 스펙트럼 데이터로부터 principal component analysis(PCA), partial least square discriminant analysis (PLS-DA) 그리고 hierarchical clustering analysis(HCA) 분석을 실시하였다. IR 스펙트럼은 구아닌고리(C6 = C6), 티민 고리(C4 = O4), 사이토신, N-H 스트레칭(amide I), C = O 스트레칭 진동(amide II) 및 PO₂- 이온화 대칭과 비대칭 스트레칭의 주파수 영역에서 전형적인 스펙트럼 차이가 존재함을 나타낸다. ‘유명’과 ‘치요마루’의 교배 품종 중 ‘미홍’과 ‘미스홍’은 ‘치요마루’보다 ‘유명’에 유전적 유사성이 더 높았다. 반면 ‘유미’와 ‘수미’는 ‘유명’보다 ‘치요마루’와 유전적 유사성이 더 높았다. ‘유명’의 변이 품종 ‘월미’는 ‘유명’과 밀접한 관계를 보였지만, 다른 교배 품종인 ‘미홍’과 ‘미스홍’에 비해 유전적 유사성이 낮았다. The genetic relationships of offspring cultivars from ‘Yumeyong’ peach were evaluated by using Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. Four offspring cultivars were bred by controlled hybridization between ‘Yumyeong’ and ‘Chiyomaru’, 2 from open pollination, and 1 from bud sport mutation. The FT-IR spectrum of genomic DNA were analyzed by using principal component analysis (PCA), partial least square discriminant analysis (PLS-DA), and hierarchical clustering analysis (HCA). FT-IR spectra showed that typical spectral differences were existed in the frequency regions of guanine ring (C6 = C6), thymine ring (C4 = O4), cytosine, N-H stretching (amide I), C = O stretching vibrations (amide II), and PO₂- ionized asymmetric and symmetric stretching, respectively. Among the offspring cultivars between ‘Yumyeong’ and ‘Chiyomaru’, ‘Mihong’ and ‘Misshong’ showed higher genetic similarity to ‘Yumyeong’ than ‘Chiyomaru’. On the other hand, ‘Yumi’ and ‘Soomee’ showed higher genetic similarity to ‘Chiyomaru’ than ‘Yumyeong’. ‘Wolmi’, a mutant cultivar from ‘Yumyeong’, showed close relationship with ‘Yumyeong’, however, the genetic similarity was lower compared to other crossbreeding cultivars, ‘Misshong’, and ‘Mihong’.
FT-IR 스펙트럼 데이터의 다변량 통계분석을 이용한 고기능성 아프리칸 얌 식별 및 기능성 성분 함량 예측 모델링
송승엽(Seung Yeob Song),지은이(Eun Yee Jie),안명숙(Myung Suk Ahn),김동진(Dong Jin Kim),김인중(In-Jung Kim),김석원(Suk Weon Kim) 한국원예학회 2014 원예과학기술지 Vol.32 No.1
본 연구에서는 UV-VIS spectrophotometer를 이용한 total carotenoids, flavonoids, phenolics 함량 데이터와 FT-IR 스펙트럼 데이터를 다변량통계분석법을 통하여 기능성 성분 함량이 높은 아프리칸 얌 고속 선발 시스템을 구축하였다. 62개 아프리칸 얌의 total carotenoids 함량은 0.01-0.91μg・g<sup>-1</sup> dry wt 나타냈다. Total flavonoids와 phenolics 함량은 12.9-229.0μg・g-1 dry wt와 0.29-5.2mg・g-1 dry wt로 각각 나타났다. 아프리칸 얌은 FT-IR 스펙트럼상의 1700-1500, 1500-1300, 1100-950cm<sup>-1</sup> 부위에서 중요한 스펙트럼 변화가 나타났다. 이 부위는 각각 amide I과 II을 포함하는 아미노산 및 단백질계열의 화합물, phosphodiester group을 포함한 핵산 및 인지질 그리고 단당류나 복합 다당류를 포함하는 carbohydrates 계열의 화합물들의 질적, 양적 정보를 반영하는 부위이다. PCA 분석과 PLS-DA 분석에서 62개 아프리칸 얌은 유연성이 높은 종으로 3개의 그룹을 형성하였다. 아프리칸 얌의 FT-IR 스펙트럼 데이터와 UV-VIS spectrophotometer 을 이용한 total carotenoids, flavonoids, phenolics 함량 데이터 간에 PLS regression 분석하였다. Total carotenoids, flavonoids, phenolics 함량 성분의 실측 값과 예측 값간에 상관계수(R²)가 각각 0.83, 0.86, 0.72로 나타났다. 이 결과, 아프리칸 얌으로부터 FT-IR 스펙트럼을 이용한 total carotenoids, flavonoids, phenolics 함량 예측이 가능하였다. 본 연구에서 확립된 대사체 수준에서 아프리칸 얌의 유용 기능성 성분 함량 예측 모델링을 통해 품종, 계통의 신속한 선발 수단으로 활용이 가능할 것으로 예상된다. We established a high throughput screening system of African yam tuber lines which contain high contents of total carotenoids, flavonoids, and phenolic compounds using ultraviolet-visible (UV-VIS) spectroscopy and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy in combination with multivariate analysis. The total carotenoids contents from 62 African yam tubers varied from 0.01 to 0.91 μg・g<sup>-1</sup> dry weight (wt). The total flavonoids and phenolic compounds also varied from 12.9 to 229 μg・g<sup>-1</sup>and from 0.29 to 5.2 mg・g<sup>-1</sup> dry wt. FT-IR spectra confirmed typical spectral differences between the frequency regions of 1,700-1,500, 1,500-1,300 and 1,100-950 cm<sup>-1</sup>, respectively. These spectral regions were reflecting the quantitative and qualitative variations of amide I, II from amino acids and proteins (1,700-1,500 cm<sup>-1</sup>), phosphodiester groups from nucleic acid and phospholipid (1,500-1,300 cm<sup>-1</sup>) and carbohydrate compounds (1,100-950 cm<sup>-1</sup>). Principal component analysis (PCA) and subsequent partial least squarediscriminant analysis (PLS-DA) were able to discriminate the 62 African yam tuber lines into three separate clusters corresponding to their taxonomic relationship. The quantitative prediction modeling of total carotenoids, flavonoids, and phenolic compounds from African yam tuber lines were established using partial least square regression algorithm from FT-IR spectra. The regression coefficients (R²) between predicted values and estimated values of total carotenoids, flavonoids and phenolic compounds were 0.83, 0.86, and 0.72, respectively. These results showed that quantitative predictions of total carotenoids, flavonoids, and phenolic compounds were possible from FT-IR spectra of African yam tuber lines with higher accuracy. Therefore we suggested that quantitative prediction system established in this study could be applied as a rapid selection tool for high yielding African yam lines.
복숭아 Genomic DNA의 FT-IR 스펙트럼을 이용한 대목 육성용 야생종 복숭아의 다변량통계분석
송승엽(Seung-Yeob Song),남은영(Eun-Young Nam),윤석규(Seok-Kyu Yun),김성종(Sung-Jong Kim),권정현(Jung-Hyun Kwon) 한국육종학회 2020 한국육종학회지 Vol.52 No.1
FT-IR spectroscopy, combined with multivariate analysis, was used to determine whether 67 different wild and rootstock peach accessions could be discriminated from each other. Genomic DNA was isolated from leaves, and the purified genomic DNA was analyzed by FT-IR spectroscopy in the spectral region from 1800 to 800 cm ⁻¹. FT-IR spectra showed that typical spectral differences existed in the frequency regions of N-H stretching (amide I), C=O stretching vibrations (amide II), and PO₂⁻ ionized asymmetric and symmetric stretching. Principal component analysis (PCA) was able to discriminate three groups. The partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) yielded more clear discrimination among the three groups of peach accessions. The FT-IR spectral differences might be directly related to subtle changes in the base functional group and backbone structures of genomic DNA. This technique could provide a research foundation for FT-IR spectral-based rapid diagnosis, selection, and discrimination of peach accessions for rootstock.
‘남도’와 ‘제주재래’ 마늘로부터 원형질체 나출, 융합 및 콜로니 형성
송승엽(Seung-Yeob Song),김천환(Chun Hwan Kim),성기철(Ki Cheol Seong),강경희(Kyung-Hee Kang),김인중(In-Jung Kim) 한국원예학회 2009 원예과학기술지 Vol.27 No.3
‘남도’와 ‘제주재래’ 마늘 주아에서 유래된 캘러스를 이용하여 원형질체를 나출했고 PEG용액으로 융합했다. ‘제주재래’ 마늘 주아에서 유래된 캘러스는 1% Macerozyme R-10와 2% Cellulase Onozuka R-10의 효소 조합에서 높은 수율을 나타내었고(1.8×10⁴ protoplasts/mL), 남도 마늘 또한 1% Macerozyme R-10와 2% Cellulase Onozuka R-10의 효소조합에서 1.1×10⁴ protoplasts/ml로 높게 나타났다. 나출 시간은 ‘남도’마늘의 경우 5시간, ‘제주재래’마늘의 경우 4시간이 적당하였다. 원형질체 융합은 PEG법을 사용하였고, PEG 6000을 실온에서 5분간 방치하고 그 사이에 원형질체를 떨어뜨리고, 다시 5분 후에 섞어서 2시간 동안 암 조건에서 배양하였다. 2시간이 지난 후에 기본 MS배지에 0.1-1.0㎎ㆍL?¹ BA, 0.1-1.0㎎ㆍL?¹ NAA를 첨가하고 25℃에서 16시간 광, 8시간 암 조건으로 배양하였다. 2주간 배양한 후, 콜로니를 얻었고 캘러스 형성을 통한 재분화를 유도하기 위해 순원기배양 중에 있다. Protoplasts were isolated from callus derived from the bulbils of garlic cultivars ‘Namdo’ and ‘Jejujaerae’, and were fused by polyethylene glycol (PEG) solution. When treated with the enzyme solution of 1% Macerozyme R-10 and 2% Cellulase Onozuka R-10, callus induced from ‘Jejujaerae’ yielded the highest number of protoplasts (1.8×10⁴ protoplasts/mL). The number of protoplasts from ‘Namdo’ was the highest (1.1×10⁴ protoplasts/mL) when the callus was treated with an enzyme solution of 1-2% Macerozyme R-10, 1-2% Hemicellulase and 1-2% Cellulase Onozuka-RS adjusted to pH 5.3. The optimal durations required for enzyme treatment to produce the stable protoplasts were 5 hours for ‘Namdo’ and 4 hours for ‘jejujaerae’. The frequency of protoplast fusion was the highest when treated with PEG solution having a molecular weight of 6,000 daltons at room temperature for 5 minutes and then cultivated for two hours in the dark. The fused protoplasts were cultured at 25℃ with 16 hours photoperiod in MS medium containing 0.1-1.0 ㎎ㆍL?¹ 6-benzylaminopurine (BA), 0.1-1.0 ㎎ㆍL?¹ α-naphthalene acetic acid (NAA) or their combinations. Colony was induced from fused protoplasts in 2 weeks and then cultivated in 1/2 MS containing 1.0 ㎎ㆍL?¹ BA and 1.0 ㎎ㆍL?¹ NAA. Colony formation is an important step leading to the regeneration of the plants.